用于远程探测爆炸物的隔离LIBS

作为远距离材料分析的有价值的方法，对峙技术越来越受到人们的关注。当观察环境中的危险污染物或残留爆炸性物质时，这一点尤其重要，在这些情况下，分析人员最好与被调查的物质保持安全距离。

据González et.al[1]报道，马拉加大学分析化学系JJ Laserna教授的团队开展了一项研究，探索了使用对峙激光诱导击穿光谱(对峙LIBS)在模拟“真实环境”场景的情况下检测爆炸物残留。他们研究了通过车窗探测简易爆炸材料(IEM)的可行性，比如汽车、建筑或各种容器的窗户。利用望远镜系统将高功率脉冲激光聚焦到材料上的一个点上，产生微等离子体。同样的望远镜收集了等离子体发出的光，然后在摄谱仪上使用增强CCD相机的先进时间门控进行分析。

图1实验中使用的TELELIBS传感器系统原理图

近几十年来，由于风险增加，探测危险污染物、简易爆炸装置(IED)、自制爆炸物(HME)或核副产品的能力变得越来越重要。在他们的工作中，Gonzalez和同事们开始测试用TELELIBS传感器进行这种测量的可行性，并评估屏障的位置及其组成可能对这些测量的质量产生的影响。在联合工作中，该小组观察了大气湍流对波束与目标[2]之间传播的影响，他们在那里表明，几十米以上的测量可能会受到大气湍流的显著影响。

马拉加组所使用的典型实验装置的示意图如图1所示。它由一个望远镜组成，它接收激光的光，并将其聚焦到一个距离通常为30米的目标上。采用双Nd:YAG激光器，基波波长为1064 nm，脉冲长度为5 ns，频率为10 Hz，能量为800 mJ。将两个激光输出在空间和时间上重叠，使目标的总辐照度增加一倍。

来自微等离子体的发射光由同一架望远镜收集，并通过二色镜传输到一个芯直径600µm的纤维中。激发源通过二色镜反射到望远镜中，而返回的原子发射光通过反射镜传输，然后耦合到光纤中传送到摄谱仪。使用带有增强CCD相机(iStar DH740-25F-03)的Czerny-Turner摄谱仪(Shamrock 303i)来检测发射。在任何LIBS实验中，试图收集可识别的原子发射线谱的主要挑战之一是拒绝在激光脉冲发生期间和随后等离子体羽流演化时发生的宽带连续体。这种广泛的连续体往往主导早期的发射，导致很少或没有明显的原子线数据。然而，ICCD允许相机采集延迟一段时间，以拒绝这种早期连续。在这项工作中，使用了400纳秒的延迟和9µs的曝光或积分时间。

调查的物质有氯酸钠(NaClO3)、二硝基甲苯(DNT)、三硝基甲苯(TNT)和一些塑性炸药(C2和H15)。光束路径中放置了许多阻隔材料，包括透明玻璃、一些有色玻璃和无色PMMA(一种聚合物材料)。该团队研究了目标-势垒距离对测量的信号-背景(S/N)比的影响，以及势垒材料的光学特性的影响，从而解释了激发激光的透射率和返回的等离子体发射。一套化学计量工具被用来分析光谱数据是否存在爆炸性残留物。

图2:Laserna组使用的LIBS-Raman组合系统示意图。

A激光，B聚焦光学，

C -望远镜，D -电源，

E延迟发生器，F摄谱仪，

G型纤维，H型滤波器，I型笔记本电脑。

大量的光谱波段和原子/离子发射谱线选择指纹和随后的爆炸性物质的识别:这些特性的例子包括CN乐队(388.3海里),C2乐队(471.5 nm, 516.5和563.5 nm),和艾尔(I)行(469.4海里)。检测残留物的能力是由测量系统的“灵敏度”和“特异性”决定的。灵敏度与系统识别爆炸性物质存在的能力有关，即系统在必要时标记出爆炸性物质的存在。特异性是指它只在爆炸物存在的情况下识别爆炸物的能力，也就是说，系统不会在不应该标记爆炸物的情况下标记爆炸物的存在。González及其同事通过测量不同阻隔材料对不同残留物的灵敏度来评估他们的系统的能力。通过增加激光照射的次数，可以在不影响特异性的情况下将检测灵敏度提高到100%。

Gonzalez和他的同事成功地证明了使用隔离或TELELIBS技术的可行性，只要传感器系统与目标之间有清晰的视线，就可以通过不同类型的窗户或插入的障碍物探测爆炸材料。他们还证明，相对较少的激光射击需要确保高水平的检测能力和区分不同残留的手段，屏障相对于目标和传感器的位置对分析是不重要的。iStar ICCD相机的高灵敏度和通用性是实现这类工作的关键。随着对简易爆炸装置和环境中其他危险污染物的安全、方便和快速检测方法需求的增长，对隔离分析技术的研究和验证获得了很大的动力。

最近，该小组展示了同时使用两种僵持LIBS/僵持拉曼分析这种材料